(57)【要約】  本発明は、往復動するダイヤフラムポンプに関し、不動部分（３０）に対して相対的に可動に配置された少なくとも１つの可動部分（２０）を備えており、このとき可動部分（２０）は駆動されていて、かつそれ自体が容積形ポンプ（１）の押退けエレメント（４０）を駆動し、このとき駆動装置として電気力学式の駆動装置（１０）が設けられており、該駆動装置（１０）に、複数のコイル（４１）および永久磁石（４２）が設けられており、かつそれぞれ複数の前記コイル（４１）または複数の永久磁石（４２）は、駆動装置（１０）の可動部分（２０）に配置されている。駆動装置（１０）に、可動部分（２０）に単に１つの並進自由度に沿った運動を可能にする少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）が設けられている。ダイヤフラムポンプには、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニット（４５）が対応配置されており、該測定・制御ユニット（４５）は、可動部分（２０）の位置信号および駆動電流の強さを測定量および／または制御量として処理する。複数のこのような容積形ポンプのアセンブリ、および少なくとも１つのこのような往復動するダイヤフラムポンプを運転するための方法も、開示されている。
2019527314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動する容積形ポンプであって、不動部分（３０）に対して相対的に可動に配置された少なくとも１つの可動部分（２０）を備えており、前記可動部分（２０）は駆動されていて、かつそれ自体が当該容積形ポンプ（１）の押退けエレメント（４０）を駆動し、駆動装置として電気力学式の駆動装置（１０）が設けられており、該駆動装置（１０）に、複数のコイル（４１）および永久磁石（４２）が設けられており、かつそれぞれ複数の前記コイル（４１）または複数の前記永久磁石（４２）は、前記駆動装置（１０）の前記可動部分（２０）に配置されており、かつ前記駆動装置（１０）に、前記可動部分（２０）に単に１つの並進自由度に沿った運動を可能にする少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）が設けられている、容積形ポンプにおいて、
当該容積形ポンプ（１）は、ダイヤフラムポンプ（１）として形成されており、該ダイヤフラムポンプ（１）に、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニット（４５）が対応配置されており、該測定・制御ユニット（４５）は、前記可動部分（２０）の位置信号および駆動電流の強さを測定量および／または制御量として処理する
ことを特徴とする、容積形ポンプ。
【請求項２】
当該ポンプ（１）は、ダイヤフラムポンプとして、かつ特にダイヤフラム液体ポンプとして構成されている、
請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）は、滑りガイドとして、またはばねエレメント（５５）として形成されている、
請求項１または２記載のポンプ。
【請求項４】
直動機構（１１）がロッド（２１，２２）として形成されており、かつ／または囲繞体（１２）が、内部（２５）に前記ロッド（２１，２２）が進入している周壁形の部分（２３）として形成されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項５】
前記直動機構（１１）には、極性が交番するように配列された前記永久磁石（４２）が設けられていて、かつ前記周壁形の部分（２３）には、複数の前記コイル（４１）が設けられている、
請求項１から４までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項６】
前記直動機構（１１）は前記可動部分（２０）を形成し、かつ前記囲繞体（１２）は前記不動部分（３０）を形成しているか、または逆の形態である、
請求項１から５までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項７】
前記不動部分（３０）は、前記駆動装置（１０）のハウジング（３１）に不動に結合されているか、または前記ハウジング（３１）と一体に形成されている、
請求項１から６までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項８】
前記可動部分（２０）と前記不動部分（３０）とは、前記少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）によって互いに結合可能であるか、または結合されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項９】
複数の前記ガイド部材（５０ａ，５０ｂ）が、特に２つの前記ガイド部材（５０ａ，５０ｂ）が設けられており、該ガイド部材（５０ａ，５０ｂ）は、前記可動部分（２０）と前記不動部分（３０）との互いに向かい合った領域を互いに結合している、
請求項１から８までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１０】
前記ガイド部材（５０ａ，５０ｂ）のうちの１つが、前記押退けエレメント（４０）内に組み込まれているか、または前記押退けエレメント（４０）を形成している、
請求項１から９までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）に予荷重が与えられており、該予荷重によって前記押退けエレメント（４０）には、前記駆動装置（１０）の無電流時に力が加えられ、当該ポンプ（１）の作業室（４）の入口開口および／または出口開口が閉鎖されるようになっている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１２】
前記駆動装置（１０）において前記可動部分（２０）にばね（２６）によって力が加えられており、これによって前記押退けエレメント（４０）は、前記駆動装置の無電流時に、当該ポンプ（１）の作業室（４）の入口開口および／または出口開口を閉鎖する、
請求項１から１１までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１３】
複数の前記コイル（４１）および複数の前記永久磁石（４２）は、それぞれ直列に配置されている、
請求項１から１２までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１４】
前記可動部分（２０）または前記不動部分（３０）に配置された前記コイル（４１）は、リング形の幾何学形状を有している、
請求項１から１３までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１５】
交番する巻線方向を備えた通電される複数の前記コイル（４１）は、交番する方向を有する磁界によって貫流されており、前記磁界は、複数の前記永久磁石（４２）により、交番する極性によって発生可能であるか、または発生させられ、かつ前記磁極（２４）を介して前記コイル（４１）に導入可能であるか、または導入されており、通電された前記コイル（４１）はそれぞれ、加算可能な力の寄与を生ぜしめ、これによって前記駆動装置（１０）の軸方向において発生する力を形成する
請求項１から１４までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１６】
当該ポンプ（１）は、ほぼ円筒形または直方体形のポンプヘッド（５）を有しており、該ポンプヘッド（５）の１つの角隅領域は、搬送すべき流体のための入口（６）および出口（８）を備えており、かつ前記ポンプヘッド（５）は、前記角隅領域に接続してほぼ面一で、前記駆動装置（１０）を収容する前記ハウジング（３１）へと続いている、
請求項１から１５までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１７】
当該ポンプ（１）は、前記駆動装置（１０）の領域に位置センサ（４６）を備えている、
請求項１から１６までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１８】
前記位置センサ（４６）は、ホールセンサによって形成されている、
請求項１７記載のポンプ。
【請求項１９】
前記測定・制御ユニット（４５）は、当該ポンプ（１）の前記駆動装置（１０）が、搬送すべき媒体の吸込みおよび吐出に関して等しい作業ステップまたは異なる作業ステップを行うようにプログラミング可能に設定されている、
請求項１から１８までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項２０】
特に請求項１から１９までのいずれか１項記載の複数のポンプ（１）が、前記ポンプ（１）の数に相当する数の作業室（４）を備えた１つのポンプシステムにまとめられているアセンブリであって、前記作業室（４）の入口および出口は、それぞれ互いに並列に接続されている、
アセンブリ。
【請求項２１】
少なくとも１つの容積形ポンプ（１）を用いて、ポンプシステムを運転するための、特に請求項２０記載のポンプ（１）のアセンブリから形成されたポンプシステムを運転するための方法であって、前記少なくとも１つの容積形ポンプ（１）に、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニット（４５）が対応配置されている、方法において、
前記システムの、前記少なくとも１つのポンプ（１）に対応配置された作業室（４）における圧力を測定するために、前記少なくとも１つポンプ（１）の駆動装置（１０）の電流および位置の時間的な変化を測定量として検出し、かつ評価し、かつ押退けエレメント（４０）の計算可能な伝達特性を用いて、前記作業室（４）における圧力を求め、かつ記憶する
ことを特徴とする、方法。
【請求項２２】
前記押退けエレメント（４０）として働くダイヤフラムの前記伝達特性は、式ｐ＝ｃ１Ｆ＋ｃ２ｘによって記載され、式中において、ｐは、作業室における圧力であり、Ｆは、連接棒の力であり、ｘは、前記駆動装置の位置であり、かつ定数ｃ１，ｃ２は、前記ダイヤフラムの幾何学形状および材料特性に関連している、
請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記押退けエレメント（４０）の前記伝達特性は、式ｐ＝ｆ（Ｆ，ｘ）によって、ひいては前記作業室（４）における圧力は、連接棒の力と前記駆動装置（１０）の位置とから成る関数として、数値的に、かつ特に「有限差分法」または「有限要素法」を用いて算出される、
請求項２１または２２記載の方法。
【請求項２４】
前記測定・制御ユニット（４５）を備えた前記ポンプシステムは、閉ループ制御回路を形成しており、該閉ループ制御回路は、測定量としての駆動電流の強さおよび可動部分の位置と、制御量としての前記作業室（４）の前記圧力とを用いて作動させられる、
請求項２１から２３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２５】
前記圧力を、前記ポンプ（１）の両伝達方向において、つまり搬送すべき媒体の吸込み時および吐出時に個々に測定する、
請求項２１から２４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
１つの前記ポンプシステムに対応配置された複数の前記ポンプ（１）の圧力を測定し、前記ポンプ（１）のそれぞれが、別個に閉ループ制御可能である、
請求項２１から２５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
前記測定・制御ユニット（４５）は、記憶された伝達プロファイルから偏差する、圧力の変化を、前記駆動装置（１０）の操作によって補償する、
請求項２１から２６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２８】
前記ダイヤフラムの前記伝達特性を、複数の位置および荷重事例に関して「有限要素」シミュレーションを用いて、目標値テーブルとして格納し、かつ格納された目標値もしくはその目標値の間を補間した値から、圧力を計算するための伝達特性を求める、
請求項２１から２７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２９】
前記測定・制御ユニット（４５）によって、前記作業室（４）からの前記搬送すべき媒体の入口（６）および出口（８）における異なる速度に対する、前記圧力の時間的な経過を求め、かつ評価ユニットを用いて、前記時間的な経過から、前記媒体および／または少なくとも１つの搬送装置のパラメータを求める、
請求項２１から２８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３０】
求められた前記パラメータによって、前記ポンプ（１）の前記駆動装置（１０）の特性値を、前記ポンプ（１）によって自動的に取り扱う、
請求項２１から２９までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動する容積形ポンプであって、不動部分に対して相対的に可動に配置された少なくとも１つの可動部分を備えており、このとき可動部分は駆動されていて、かつそれ自体が容積形ポンプの押退けエレメントを駆動し、このとき駆動装置として電気力学式の駆動装置が設けられており、該駆動装置に、複数のコイルおよび永久磁石が設けられており、かつそれぞれ複数のコイルまたは複数の永久磁石は、駆動装置の可動部分に配置されており、かつこのとき駆動装置に、可動部分に単に１つの並進自由度に沿った運動を可能にする少なくとも１つのガイド部材が設けられている、容積形ポンプに関する。さらに本発明は、このような複数の容積形ポンプのアセンブリ、および少なくとも１つのこのような容積形ポンプを運転するための方法に関する。
【０００２】
電気力学式の駆動装置は、その原理が公知であり、電気式の駆動装置は、例えばM. Jufer（Traite d′electricite, Volume IX, Electromecanique, Presses polytechniques et universitaires romandes, 2004）によれば、種々様々なカテゴリに分類することができる。すなわち一方では、磁気抵抗式の駆動装置が存在し、この磁気抵抗式の駆動装置は、部分的に電磁式の駆動装置とも呼ばれ、かつ可動子および固定子を備えたコイルを有しているが、永久磁石を有しておらず、かつ他方では、永久磁石およびコイルを備えていてローレンツ力が用いられる、いわゆる電気力学式の駆動装置が存在する。
【０００３】
そのために従来技術に基づいて、例えばカナダ国特許出願公開第２８７３６６０号明細書（CA 2873660 A1）に基づいて、真空使用のために設計されたダイヤフラムポンプが既に公知であり、このダイヤフラムポンプは、この事情に基づいて、単に１バールを下回る圧力差にしか対応することができない。このように小さな圧力差は、上記明細書に示された単段の駆動装置によって実現することができ、圧力差が比較的大きくなると、駆動装置の寸法は、ポンプヘッドの寸法を上回るので、取扱い可能性が損なわれる。さらにこの開示に基づいて公知のポンプによっては、駆動装置の行程を監視することは不可能であるので、駆動装置の位置または速度に関する閉ループ制御を行うことができない。
【０００４】
さらにまた欧州特許第１７５７８０９号明細書（EP 1757809 B1）に基づいて公知の磁気調量ポンプは、上に述べたように、ばね戻し機能を備えた磁気抵抗式の駆動装置を形成しており、かつこの磁気調量ポンプでは、磁気調量ポンプの可動子位置は、閉ループ制御回路を用いて目標値設定に追従する。このとき行程センサを備えたこのダイヤフラムポンプは、行程の一方の方向にだけ電気式に移動し、これに対して、他方の逆方向への移動は、戻しばねを用いて実施される。戻しばねが必要なのは、磁気抵抗式の駆動装置では電流の反転によって力の反転が不可能だからである。磁気抵抗式の駆動装置では、原理に基づいて、高い誘導作用、つまり「磁気的な慣性」を有する駆動装置が生じ、これによって良好なエネルギ効率、および良好な閉ループ制御ダイナミズムが得られないからである。このとき磁気抵抗式の駆動装置において直線的でない、磁力と磁束との関係は、不都合であり、かつ閉ループ制御技術的に面倒である。さらにポンプはまた、ポンプが無電流の場合に流体路を流れ方向において閉鎖することができないという、取扱いにおける欠点を有している。
【０００５】
独国特許出願公開第６００２４１５４号明細書（DE 60024154 T2）に基づいて、冒頭に述べた形式の往復動する容積形ポンプが既に公知であり、この容積形ポンプは、電気力学式の駆動装置を備えており、この駆動装置の可動子は、複数の永久磁石と、これらの永久磁石の間に配置された軟磁極片とから形成されている。この可動子は、固定子によって取り囲まれ、固定子は、コイル形の複数のワイヤ巻線とその間に配置された軟磁極片とから構成されている。この固定子において、直線的に移動する磁界が発生させられ、この磁界によって可動子は、互いに逆向きの直線方向において往復動させられる。一方の可動子端部には、ポンプ室内に進入しているピストンが押退けエレメントとして設けられている。
【０００６】
独国特許発明第１０２００８０３０６３３号明細書（DE 102008030633 B4）および特開昭５８−１２７５５３号公報（JP S 58127553 A）に基づいて、類似の電気力学式の駆動装置の使用が、しかしながらフリーピストン発動機との関連において公知である。押退けエレメントの圧力認識および／または位置認識は、最後に挙げたこれら３つの刊行物に基づいて公知の従来技術においては行われていない。
【０００７】
独国特許出願公開第１１２００６００２３３２号明細書（DE 112006002332 T5）および米国特許出願公開第２０１２／００９８４６９号明細書（US 2012/0098469 A1）に基づいて既に公知の直動駆動ユニットは、電気力学式の駆動装置を有している。しかしながら往復動する容積形ポンプとの関連における、かつ特にダイヤフラムポンプとの関連における、これらの公知の直動駆動ユニットの使用については、これらの刊行物には記載されていない。
【０００８】
独国特許出願公開第１６１３１６７号明細書（DE 1613167 A）に基づいて既に公知のダイヤフラムコンプレッサは、少なくとも１つの駆動コイルを備えた磁気抵抗式の駆動装置を有している。この少なくとも１つの駆動コイルは、磁気装置に対応配置されており、この磁気装置は、公知のダイヤフラムコンプレッサの作業ダイヤフラムに結合されている可動の可動子を有している。可動子およびこの可動子に結合された作業ダイヤフラムには、設定された位置においてばね弾性に予荷重が掛けられていて、コイルの励起は、第２の位置への可動子の移動を生ぜしめる。駆動コイルは、公知のダイヤフラムコンプレッサにおける可動子の往復動を可能にするために、パルスを用いて励起されることができる。駆動コイルは、サーボ弁と、磁気構造に巻成されている信号コイルとの調節に対する応答時に励起され、これによってダイヤフラムコンプレッサの、全行程をもって行われる断続的な作業を、荷重条件下において惹起しかつ維持することができる。サーボ弁は、入力信号装置を含んでおり、この入力信号装置は、サーボ弁に設けられた漏れ開口カバーの間隔を、出口ノズルに関連して制御することができる。可変の抵抗が、漏れ開口カバーの位置によって調節されていて、電磁式の圧縮機のための励起制御電流回路に接続されている。可変の抵抗は、カバーとノズルの接続端部とが抵抗接点を形成することを可能にし、このとき抵抗は、ノズルからのカバーの距離およびノズルにおけるカバーの圧力作用によって測定される。電磁式の駆動装置の磁気構造に巻成されている信号コイルは、この信号コイルが駆動制御電流回路における遮断トランジスタもしくは遮断エレメントにバイアスを加えるように接続されており、このとき駆動コイルの励起の遮断が可動子の運動に合致して行われるようになっている。これによって遮断ポイントを、行程中における可動子位置に関連して、直接、ダイヤフラムコンプレッサに対する荷重と共に、つまりダイヤフラムコンプレッサがそれに抗して作動しかつそれ自体がサーボ弁によって惹起される出発圧力と共に、変化させることができる。小さな荷重の場合、可動子は比較的迅速に加速することができ、かつこれにより信号の比較的迅速な立ち上がりと比較的強い信号とを、出発荷重の上昇時に惹起される信号として得ることができる。結果として、低い圧力もしくは小さな荷重の場合における可動子運動中には、比較的大きな荷重および所属の高い圧力の場合におけるよりも早期に、信号コイルにおいて生ぜしめられかつ制御電流回路に印加される遮断電圧が出現する。したがって独国特許出願公開第１６１３１６７号明細書に基づいて既に公知のダイヤフラムコンプレッサにおいて使用されているセンサは、可動子が激突する前に電流を遮断するために、ひいては公知のダイヤフラムコンプレッサの作動中に発生する作業ノイズを緩和するためにだけ働く。
【０００９】
ゆえに本発明の根底を成す課題は、冒頭に述べた形式の、電気力学式の駆動装置を備えた往復動するポンプを改良して、行程速度、行程位置または行程加速を簡単な形式で制御することができるポンプを提供することである。このとき本発明に係る容積形ポンプは、極めて直接的な応答特性と、エネルギ効果が高い作業形式とによって傑出していることが望ましい。
【００１０】
この課題は、冒頭に述べた形式のポンプであって、このポンプが、ダイヤフラムポンプとして形成されており、該ダイヤフラムポンプに、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニットが対応配置されており、該測定・制御ユニットは、可動部分の位置信号および駆動電流の強さを測定量および／または制御量として処理する、ポンプによって解決される。
【００１１】
本発明によれば、電気力学式の駆動装置においてローレンツ力が、直接、永久磁石の磁界と通電されたコイルの磁界との間において作用する。このローレンツ力は、従来技術に基づく磁気抵抗式の磁気駆動装置における磁力よりもはるかに直接的に作用する。なぜならば、磁気抵抗式の駆動装置では強磁性の回路が遅延して作用するからである。したがって電気力学式の駆動装置を備えたポンプは、比較的迅速に、比較的動的に、かつまた比較的正確に作動できる。電気力学式の駆動装置では、電圧の極性変換による逆向きの電流方向を用いて、力の方向を逆転させることができ、つまり駆動装置は、両方向においてアクティブに作動することができ、かつ必要な場合に制動することができる。このようなことは、磁気抵抗式の駆動装置によっては不可能である。そこでダイヤフラムポンプとして形成された本発明に係る容積形ポンプにおける行程位置、行程速度または行程加速を制御できるようにするために、本発明によれば、本発明に係るダイヤフラムポンプに、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニットが対応配置されており、該測定・制御ユニットは、可動部分の位置信号および駆動電流の強さを測定量および／または制御量として処理することが提案されている。上に記載された電気力学式の駆動装置および位置制御装置によって、コイルは、特定された行程位置を得るためまたは保つためにちょうど必要な多くのもしくは僅かな電流によって運転される。これによって、かつ駆動電流と駆動力との一次の関係によって、本発明に係るダイヤフラムポンプの駆動全体は、汎用の磁気抵抗式の駆動装置におけるよりも簡単かつ動的に制御可能であり、かつさらに効果的である。
【００１２】
このとき本発明に係るポンプの構成において可動部分の移動は、好ましくはガイド部材によって、単に１つの並進自由度に制限することができ、このガイド部材は、滑りガイドとして、またはばねエレメントとして形成されている。このとき滑りガイドは、滑り軸受として形成されていても、レールガイドまたは鳩尾ガイドとして形成されていてもよい。またばねエレメントとしては、例えばフラットばねのようなばねの種々様々なアセンブリが考えられる。
【００１３】
このときポンプもしくはポンプの駆動装置の単純な構造が実現される、ポンプの１つの実施形態では、直動機構と囲繞体とが互いに相対的に可動に配置されており、その結果このときポンプの好適な発展形態では、直動機構はロッドとして形成されており、かつ／または囲繞体が、内部にロッドが係合している、横断面において周壁形の部分として形成されていることが可能である。
【００１４】
ポンプの別の好適な構成では、直動機構には、極性が交番する永久磁石が設けられていて、かつ周壁形の部分には、複数のコイルが設けられており、このように構成されていると、コイルと永久磁石とは、互いに相対的に移動する配置形態で駆動装置に設けられている。
【００１５】
このとき駆動装置の好適な構成では、直動機構は可動部分を形成し、かつ囲繞体は不動部分を形成しているか、または逆に、直動機構は不動部分を形成し、かつ囲繞体は可動部分を形成していることができる。
【００１６】
減じられた振動に基づいて、このとき好ましくは、ポンプの押退けエレメントを駆動可能な可動部分、例えば囲繞体に、コイルが設けられていてよく、このように構成されていると、移動させられる永久磁石の場合におけるよりも小さな質量を移動させるだけでよい。
【００１７】
本発明に係るポンプの、可能な限り僅かな部分から成る単純な構造を得ることができる構成では、不動部分は、駆動装置のハウジングに不動に結合されているか、またはハウジングと一体に形成されている。
【００１８】
適宜な形式で可動部分に、単に１つの並進自由度に沿った運動を可能にするために、好適な発展形態では、可動部分と不動部分とは、少なくとも１つのガイド部材によって互いに結合可能であるか、または結合されていることができる。このとき少なくとも１つのガイド部材は、好ましくは、滑る面を有していない直動ガイドを形成しており、ゆえに摩擦が発生することはなく、かつ長い耐用寿命を有している。
【００１９】
ガイドの直線性を高める別の好適な発展形態では、複数のガイド部材が、特に２つのガイド部材が設けられていてよく、該ガイド部材は、可動部分と不動部分との互いに向かい合った領域を互いに結合している。このとき互いに向かい合った領域は、例えばそれぞれの部分の端部領域であってよい。つまりスラストロッドまたは連接棒が可動部分である場合には、可動部分（ロッド）の両自由端部が、それぞれ少なくとも１つのガイド部材によって不動部分に結合されていてよい。
【００２０】
このとき好適な発展形態では、ガイド部材のうちの１つを、押退けエレメント内に組み込むこと、または同じく押退けエレメントをガイド部材によって形成することが可能であり、このように構成されていると、可動部分の、コンパクトで、安価でかつ摩耗のないガイドが形成される。このとき押退けエレメントとしての、ポンプのダイヤフラムは、同時に駆動装置のガイド部材である。
【００２１】
スペースを節減しかつ高められた確実性を提供する、ポンプの別の好適な構成では、ガイド部材のうちの少なくとも１つのガイド部材が、フラットばねとして形成されていてよく、このように構成されていると、該当するばねに予荷重が掛けられている場合に、可動部分は、場合によっては、駆動装置なしでも所望の保持位置に移動することができる。このとき該当するフラットばねは、ばね弾性の帯鋼から打ち抜かれる金属成形部材として形成されていてよい。
【００２２】
したがって好適な構成は、少なくとも１つのガイド部材に予荷重が掛けられていてよく、該予荷重によって押退けエレメントには、駆動装置の無電流時に力が加えられ、ポンプの作業室の入口開口および／または出口開口が閉鎖されるようになっている。これによって流体路を、ポンプの停止時にばねの予荷重を用いて確実に閉鎖することができ、正の圧力勾配においても、流体がポンプのパッシブな弁を通って流れることができなくなる。
【００２３】
ポンプの、等しい作用を示す別の構成では、駆動装置において、例えばハウジングと可動部分との間に、可動部分に力を加えるばねが設けられており、これによって押退けエレメントは、駆動装置の無電流時に、ポンプの作業室の入口開口および／または出口開口を閉鎖する。この構成では、しかしながらばねは、ばねによって生ぜしめられる移動をある程度案内することができるとしても、上に述べたような駆動装置のガイド部材ではない。
【００２４】
横方向の延びが、好ましくはほぼポンプヘッドの底面において方向付けられている、駆動装置のスマートな構造形式を可能にできるようにするために、ポンプの別の構成では、複数のコイルおよび複数の永久磁石は、それぞれ直列に、特に相前後して配置されていてよい。このとき直列もしくは相前後してというのは、駆動装置の長手延在方向に対して平行もしくは同軸であることを意味しているので、永久磁石はほぼ、磁石の同じ極性の端部が該当する列内において互いに向かい合って位置している箇所において、エンボス加工された磁極を形成している。このようにして、可動部分に加えることができる力を、互いに相対的に可動部分における磁石もしくはコイルが相前後して配置されていることによって、高めることができる。
【００２５】
通電されるコイルへの磁石の良好な連結を可能にする、損失の少ない好適な力伝達は、可動部分もしくは不動部分に配置されたコイルが、リング形の横断面を有しており、つまりコイルがリング形に巻成されている場合に、良好に達成される。該当する部分の周囲に巻成されたコイルは、交番する巻線方向を有しており、このような巻線方向は、既に述べた磁極を形成するためにも同様に役立つ。
【００２６】
電気力学式の駆動装置を適宜な形式でポンプに結合可能に配置することができる、本発明に係るポンプの別の好適な構成は、このとき、ほぼ円筒形または正方形のポンプヘッドを有しており、該ポンプヘッドの１つの角隅領域は、搬送すべき流体のための入口および出口を備えており、かつポンプヘッドは、角隅領域に接続してほぼ面一で、駆動装置を収容するハウジングへと続いている。
【００２７】
好適な発展形態では、測定・制御ユニットは、ポンプの駆動装置が、搬送すべき媒体の吸込みおよび吐出に関して等しいまたは異なった作業ステップを処理するように、つまりいわゆるプロファイルを処理するように、プログラミング可能に設定されていてよい。
【００２８】
このとき好ましくは、距離プロファイルおよび／または速度プロファイルを走らせることができる。前者の場合には、例えば全行程を吸い込み、しかしながら次いで、圧縮行程を歩進的に複数のステップにおいて処理することによって、行程容積に相当する流体を複数の部分容積で吐出することができる。後者の場合には、例えば、吸込み行程時に、例えば粘性媒体のためにゆっくりとした吸込みが行われるか、または他の方法で、その都度の使用の要求に応じて、圧縮行程の調節可能な速度を用いて媒体の流出速度が調節されるように、速度を調節することが考えられる。
【００２９】
本発明による好適な実施形態では、本発明に係るポンプは、ダイヤフラムポンプとして、かつ特にダイヤフラム液体ポンプとして形成されている。
【００３０】
このとき本発明の１つの態様は、複数のポンプが１つのポンプシステムを形成しているアセンブリが、搬送すべき媒体の比較的大きな容積を移動させるような配置形態を形成している解決策にも及んでいる。駆動装置を備えた複数のポンプは、互いに並列に作動することができ、ポンプの、相応に複数の作業室の、複数の入口および出口は、それぞれ互いに並列に接続されている。
【００３１】
冒頭に述べた方法において本発明に係る方法では、少なくとも１つの容積形ポンプに、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニットが対応配置されており、かつシステムの、少なくとも１つのポンプに対応配置された作業室における圧力を測定するために、少なくとも１つの容積形ポンプの駆動装置の電流および位置の時間的な展開を測定量として検出し、かつ評価し、かつ押退けエレメントの計算可能な伝達特性を用いて、圧力を求め、かつ記憶するようにした。このとき課題を解決する方法は、システムの、少なくとも１つのポンプに対応配置された作業室における圧力を測定するために、少なくとも１つのポンプの駆動装置の電流の時間的な展開および可動部分の位置を測定量として検出し、かつ押退けエレメントの計算可能な伝達特性を用いて、ポンプの作業室における圧力を求めることによって傑出している。このとき、電気力学式の駆動装置では生ぜしめられる力は、電気コイルにおいて生ぜしめられる電流に、かなりの程度で比例しているという事情が利用される。したがってまさに一定の伝達時（例えばピストンポンプでは）、またはポンプの作業室から駆動装置への圧力の、公知のまたはしかしながら少なくとも記載可能な伝達時には、可動部分の力もしくは駆動電流および位置を用いて、ポンプの作業室における圧力を測定することができる。このようにしてポンプの押退けエレメントは、圧力センサをも形成する。
【００３２】
本発明に係る方法は、少なくとも１つの容積形ポンプの駆動装置の電流および位置を、測定量として検出する。公知の伝達特性から、「位置」および「電流（力）」である量を用いて、少なくとも１つの容積形ポンプの作業室における圧力が求められる。このときダイヤフラムの伝達特性は、完全に緊締されたリングプレートを用いてほぼ一致させることができるので、剪断力および比較的小さな変位を無視すると、一次方程式を使用することができる。このような方程式においては、剛性のダイヤフラム部分の測定された力および位置を使用することができ、これによって次いで作業室における圧力を推測することができる。
【００３３】
このとき本発明による好適な発展形態では、ダイヤフラムの伝達特性は、式ｐ＝ｃ１Ｆ＋ｃ２ｘによって記載され、式中において、ｐは、作業室における圧力であり、Ｆは、連接棒の力であり、ｘは、駆動装置の位置であり、かつｃ１，ｃ２は、ダイヤフラムの幾何学形状および材料特性に関連した定数である。これらの定数は、ダイヤフラムの外側の緊締半径ａおよび内側の緊締半径ｂ、ダイヤフラム厚さｈ、作業ダイヤフラムのために使用されている材料の弾性係数、ならびにポアソン数ｎｕによって求めることができる。
【００３４】
ダイヤフラムの伝達特性は、数値計算法を用いて、例えば「有限要素」法または「有限差分」法を用いて、複数の位置および荷重事例のために求めることができ、かつテーブルにおいて目標値として格納することができる。このときダイヤフラムの伝達特性は、式ｐ＝ｆ（Ｆ，ｘ）によって、数値的に記載することができる。テーブルにおいて格納された値によって、もしくはその間に位置する補間によって、次いでそれぞれ、圧力を計算するための作業ダイヤフラムの「正しい」伝達特性を求めることができる。
【００３５】
圧力測定は、方法の好適な変化形態では、少なくとも１つのポンプの両伝達方向において、個々に行うことができ、つまりポンプの吸込み移動時における負圧の測定と、吐出移動時における正圧の測定とを、個々に行うことができる。発展形態では、ポンプシステムに対応配置された複数のポンプの圧力を測定することができ、かつこのとき好ましくはポンプのそれぞれに対して、閉ループ制御可能であってよく、このときこのことは、例えば測定・制御ユニットとして形成された１つの共通の閉ループ制御装置によって実現することができる。
【００３６】
１つのポンプシステムにおいて使用される複数のポンプのそれぞれは、既に部材許容誤差に基づいて種々異なった伝達特性を示すことがあるので、可能な限り誤差のない圧力測定のために、好ましくは、方法の１つの変化形態では、駆動装置に対する圧力の伝達特性を、それぞれのポンプに対して、ポンプシステムにおけるその使用前に測定し、かつ測定・制御ユニットに対応配置されたデータ記憶装置において記憶し、かつ呼出し可能に保管する。
【００３７】
このとき１つの変化形態では、測定・制御ユニットを備えたポンプシステムは、閉ループ制御回路を形成しており、該閉ループ制御回路は、測定量としての駆動電流の強さと、かつ制御量としての作業室の圧力とを用いて作動させられる。
【００３８】
好適な変化形態では、閉ループ制御装置を備えたポンプシステムは、測定・制御ユニットを介して、記憶された伝達プロファイルから異なっている、圧力の展開を、駆動装置の操作によって補償することができる。このようにして例えば、複数または１つのポンプの入口および／または出口において、圧力を、操作可能な２つの極端値、つまり最小値と最大値との間における値枠（Wertefenster）内における駆動によって保つ圧力制御を行うことができるか、または１つまたは複数のポンプに、極端値の超過時における圧力遮断機能を与えることができる。好ましくは、例えば駆動装置を、測定・制御ユニットによって、極端値の超過時に、選択可能な時間インターバルの間、遮断することができる。
【００３９】
別の好適な変化形態では、本発明に係る方法を用いて、ポンプ内における流体の負圧に基づくキャビテーションまたは蒸発を認識することができ、かつ／または回避することができ、または一定の行程容積のために行程を可変の対向圧において補償することができる。
【００４０】
このようなポンプシステムを用いて、例えば流体の粘性のような流体データおよび／または例えば管路系の流れ抵抗、管路系の弾性特性または緩衝特性のような接続された管路系の特性を求めるために、本発明に係る方法の別の変化形態では、測定・制御ユニットによって、作業室からの搬送すべき媒体の入口および出口における異なる速度に対する、圧力の時間的な経過を検出し、かつ評価ユニットを用いて、この時間的な経過から、媒体および／または少なくとも１つの搬送装置のパラメータを求める。
【００４１】
このときポンプシステムの別の変化形態は、求められたパラメータを用いて、ポンプの駆動装置の特性値を、このようなパラメータによって自動学習効果の形式で自動的に操作し、このことは、流体および／または流体管路の求められた特性（つまり流体および／または流体管路の流れ抵抗、弾性特性および／または緩衝特性）によって、適応性のある距離プロファイルまたは速度プロファイルを、１つまたは複数のポンプにおいて走らせることを意味している。
【００４２】
これによって全体として、圧力、容積または別のパラメータを使用者の側において実現することができるポンプシリンダを、測定・制御ユニットを介して駆動制御可能に設計することができる。
【００４３】
次に、対応配置された駆動装置を備えた本発明に係るポンプについて、部分的に略示された図示の実施形態を参照しながら詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】不動部分と駆動装置における可動部分とを備えていて、このときコイルが不動部分に配置されている、本発明に係るポンプの第１実施形態を断面して示す側面図である。
【図２】不動部分と駆動装置における可動部分とを備えていて、このときコイルが可動部分に配置されている、本発明に係るポンプの別の実施形態を断面して示す側面図である。
【図３】図１および図２に示された、可動部分と不動部分との間に配置されたガイド部材を示す平面図である。
【００４５】
図１および図２には、全体を符号１で示されたそれぞれ１つのポンプが示されている。容積形ポンプとして形成されたこのポンプ１は、ポンプヘッド５を有しており、このポンプヘッド５には、所属の弁７，９を備えた入口６および出口８が示されている。ポンプ１は可動部分２０を備えており、この可動部分２０は、ハウジング３１によって形成された不動部分３０に対して可動に配置されている。このとき図１の可動部分２０は、駆動装置１０によって駆動される連接棒２１である。このとき駆動される可動部分２０は、それ自体ポンプ１の押退けエレメント４０を駆動し、このとき駆動装置１０は、電気力学式の駆動装置によって形成されている。駆動装置１０には、複数のコイル４１および永久磁石４２が設けられており、このときそれぞれ複数のコイル４１（図２）および複数の永久磁石４２（図１）が、駆動装置１０の可動部分２０に配置されている。さらに図１および図２の駆動装置１０には、それぞれ２つのガイド部材５０ａ，５０ｂが設けられており、これらのガイド部材５０ａ，５０ｂは、それぞれの可動部分２０に、単に１つの並進自由度に沿った運動を許し、この並進自由度は、図１および図２の図示では、観察者の平面に位置している鉛直な軸線に沿って延びている。
【００４６】
さらに図示のように、駆動装置１０は、直動機構１１および囲繞体１２を有しており、この直動機構１１と囲繞体１２とは、互いに可動に配置されており、このとき直動機構１１は、連接棒２１として（図１）またはロッド２２（図２）として形成されており、かつ囲繞体１２は、その内部に連接棒２１／ロッド２２が進入している周壁形の部分２３として形成されている。さらに図１および図２から看取できるように、直動機構１１は、極性が交番するように配列された永久磁石４２を備えており、かつ周壁形の部分２３は、複数のコイル４１を備えている。このとき永久磁石４２は、直列に、直動機構１１の長さの大部分にわたって配置されていて、エンボス加工された磁極４３が、等しい極性の、互いに隣接して向かい合って位置している磁石端部によって生ぜしめられるようになっている。該当する磁極４３は、囲繞体１２に配置されていて交番する巻線方向を備えた、リング形に巻成されたコイル４１によって取り囲まれる。
【００４７】
帰磁路は、この場合好ましくは強磁性材料から製造された周壁形の部分２３またはハウジング３１を介して形成される。
【００４８】
図１と図２との間における基本的な相違は、一方では図１において直動機構が連接棒によって形成されていて、この連接棒が可動部分であり、かつ不動部分としての、つまり囲繞体１２を形成する周壁形の部分２３によって取り囲まれており、これに対して他方では図２においては、直動機構が、ロッド２２によって不動部分３０を形成しており、かつ周壁形の部分２３を備えた囲繞体１２が、可動部分２０を形成していることにある。したがって、直動機構１１が可動部分２０を形成していて、かつ囲繞体１２が不動部分３０を形成しているか、またはその逆の形態になっているということである。このとき不動部分３０は、駆動装置１０のハウジング３１と不動に結合されているか、またはハウジング３１と一体に形成されており、図１の場合では、不動部分３０はハウジング３１の一部であり、図２では不動部分３０はロッド２２として、ハウジングに不動に結合されている。両方の場合において直動機構１１は、周壁形の部分２３の内部に、つまり囲繞体１２によって形成された内側の横断面２５内に進入している。
【００４９】
端部領域において直動機構１１は、可動部分２０として（図１）または不動部分３０として（図２）、それぞれガイド部材５０ａ，５０ｂを介してそれぞれ他方の部分３０，２０に結合されており、ガイド部材５０ａは、フラット（平板）ばね４９として図３に詳細に示されている。駆動装置１０によってコイル４１および永久磁石４２を介して駆動される押退けエレメント４０は、それぞれ可動部分２０（図１では直動機構１１、かつ図２では囲繞体１２）に結合されており、押退けエレメント４０の移動によって、ポンプ１の行程が生ぜしめられ、押退けエレメント４０は同時に、ポンプヘッド５の内壁と共にポンプ１の作業室４を画定している。可動部分２０と不動部分３０との間には、ばね２６が配置されていてよく、このばね２６は、圧縮ばねとして、該当する可動部分２０をポンプヘッド５の方向に押圧し、これによってコイル４１の無電流状態において、ポンプの作業室４は、押退けエレメント４０によって閉鎖可能である。
【００５０】
図１においても図２においてもいずれにせよ、可動部分２０と不動部分３０とは、少なくとも１つのガイド部材５０ａ，５０ｂによって互いに結合可能であるか、または結合されている。
【００５１】
図１および図２において認識することができるそれぞれ破線で示された輪郭は、一方の圧縮行程の極限位置における、直動機構１１、囲繞体１２、押退けエレメント４０、外側の永久磁石４２およびガイド部材５０ａ，５０ｂの相応の輪郭の変位を示しており、これらの部材の実線で示された（konkret）輪郭は、相応の図面においてそれぞれ吸込み行程の終端部において示されている。また一方の極端位置における破線で示された輪郭によって認識できるように、供給部６の開口の突出する縁部３に基づいて、押退けエレメント４０は、作業室４の入口６および出口８を無電流状態において閉鎖することができる。
【００５２】
このときフラットばね４９として形成されたガイド部材５０ａ，５０ｂは、図１および図２においてそれぞれ逆に変位されて示されているので、ガイド部材５０ａ，５０ｂは、その予荷重によって可動部分２０を、さらには押退けエレメント４０をそれぞれ再び圧縮行程の極限位置にもたらすことができる。ガイド部材５０ａ，５０ｂの代わりに、またはガイド部材５０ａ，５０ｂを支援するために、この戻りをばね２６によって引き受けることが可能である。
【００５３】
図１および図２に示されているように、互いに直列に接続された通電可能なコイル４１には、始端部および後端部にまたはそれぞれ個々に、測定・制御ユニット４５が電気接続されており、この測定・制御ユニット４５は、同時に、ホールセンサとして形成されたセンサ４６との接続部をも有している。コイル４１の交番する巻成方向によって、直列の通電形式では、交番する電流方向がコイル４１の内部において発生する。永久磁石４２によって生ぜしめられかつ磁極２４を介してコイル４１に導入される、追加的な磁気の流れ（magnetische Durchflutung）によって、磁極２４とコイル４１との間においては、それぞれ１つの相対力（ローレンツ力）が、駆動装置１０の軸方向において発生し、発生する力は、複数のコイル４１において加算される。
【００５４】
図３には、ほぼ円形の横断面を有するガイド部材５０ａが示されており、このガイド部材５０ａには、それぞれの直動機構１１を収容するための中央の切欠き５１が設けられていて、直動機構１１には、１つもしくは複数のガイド部材５０ａ，５０ｂがその内側領域５３において軸方向で固定されており、これに対してガイド部材５０ａ，５０ｂの縁部領域５４は、少なくとも、均一な間隔をおいて配置された突出部５２において、それぞれの囲繞体１２に結合されている。縁部領域５４と内側領域５３とは、複数の屈曲したばねエレメント５５によって互いに結合されており、これらのばねエレメント５５は、ガイド部材５０ａ，５０ｂとしてのフラットばね４９の予荷重を生ぜしめる。この予荷重の力ベクトル（図示せず）は、同様に図示されていない直動機構１１に対して同軸に、図平面内にまたは図平面から方向付けられており、これによってフラットばねの縁部領域５４と内側領域５３とは、互いに異なる高さレベル（位置）を有している。
【００５５】
したがってつまり上に記載された本発明は、ポンプ１、特に往復動する容積形ポンプ、好ましくはダイヤフラムポンプであって、不動部分３０に対して相対的に可動に配置された少なくとも１つの可動部分２０を備えており、このとき可動部分２０は駆動されていて、かつそれ自体がポンプ１の押退けエレメント４０を駆動し、このとき駆動装置１０が、電気力学式の駆動装置によって形成されている、ポンプ１に関する。電気力学式の駆動装置を備えたポンプ１であって、極めて直接的な応答特性を有していて、電気式の駆動制御を用いて両方向においてポンプ１の押退けエレメント４０のための行程を実施することができかつエネルギ効率の良いポンプ１を構成するために、駆動装置１０に、複数のコイル４１および永久磁石４２が設けられており、かつそれぞれ複数のコイル４１または複数の永久磁石４２が、駆動装置１０の可動部分２０に配置されており、かつ駆動装置１０に、可動部分２０に単に１つの並進自由度に沿った運動を可能にする少なくとも１つのガイド部材５０ａ，５０ｂが設けられている。
【００５６】
ここでダイヤフラムポンプとして形成された往復動する容積形ポンプ１は、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニット４５を有しており、この測定・制御ユニット４５は、測定量（値）としての可動部分２０の位置信号と、測定量および／または制御量としての駆動電流の強さとを処理する。ダイヤフラムの、計算可能なかつ次いで公知の伝達特性から、「位置」および「電流（力）」の値を用いて、容積形ポンプ１の作業室における圧力が求められる。ポンプ１の作業室４における圧力を測定するために、電流の時間的な変化と駆動装置１０の位置とが測定量として検出され、かつ評価され、これによって次いで、計算可能な伝達特性に基づいて、作業室４における圧力を求め、かつ記憶することができる。このとき押退けエレメント４０として働くダイヤフラムの伝達特性は、式ｐ＝ｃ１Ｆ＋ｃ２ｘに記述することができ、このとき式中において、ｐは、少なくとも１つの容積形ポンプ１の作業室における圧力であり、Ｆは、連接棒の力であり、かつｘは、作業ダイヤフラムの行程もしくは位置であり、定数ｃ１，ｃ２は、作業ダイヤフラムの幾何学形状および材料特性に関連している。これらの定数ｃ１，ｃ２は、ダイヤフラムの外側の緊締半径ａおよび内側の緊締半径ｂによって、ダイヤフラム厚さおよび弾性係数Ｅならびにポアソン数ｎｕによって求めることができる。ダイヤフラムの伝達特性は、数値的な計算方法を用いて、例えば「有限差分」法または「有限要素」法を用いて、複数の位置および荷重事例について計算することが可能であり、このとき値は、テーブルにおいて目標値として記憶される。次いで、これらの値を用いてもしくはその値の間を補間することによって、それぞれの「正しい」伝達特性が、作業室における圧力を計算するために求められる。複数の位置および荷重事例に関して複数の圧力値をテーブルにおいて記憶している測定・制御ユニット４５は、実測値と目標値とを比較し、これによって次いで、圧力と連接棒の力との間の伝達特性を帰納的に算出することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  ポンプ
３  入口の突出する縁部
４  作業室
５  ポンプヘッド
６  入口
７  入口弁
８  出口
９  出口弁
１０  駆動装置
１１  直動機構
１２  囲繞体
２０  可動部分
２１  連接棒
２２  ロッド
２３  周壁形の部分
２４  エンボス加工された磁極
２５  内側の横断面
２６  ばね
３０  不動部分
３１  ハウジング
４０  押退けエレメント（ダイヤフラム）
４１  コイル
４２  永久磁石
４５  測定・制御ユニット
４６  位置センサ（ホールセンサ）
４９  フラットばね
５０ａ，ｂ  ガイド部材
５１  中央の切欠き
５２  突出部
５３  内側領域
５４  縁部領域
５５  ばねエレメント
【図１】
2019527314.tif 000003
【図２】
2019527314.tif 000004
【図３】
2019527314.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月5日(2018.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動する容積形ポンプ（１）であって、不動部分（３０）に対して相対的に可動に配置された少なくとも１つの可動部分（２０）を備えており、かつ前記可動部分（２０）は、駆動装置（１０）を用いて駆動されていて、かつそれ自体が当該容積形ポンプ（１）の押退けエレメント（４０）を駆動し、前記駆動装置（１０）は、通電される複数のコイル（４１）および永久磁石（４２）を有しており、かつそれぞれ複数の前記コイル（４１）または複数の前記永久磁石（４２）は、前記駆動装置（１０）の前記可動部分（２０）に配置されており、交番する巻線方向を備えた通電される複数の前記コイル（４１）は、交番する方向を有する磁界によって貫流されており、該磁界は、複数の前記永久磁石（４２）により、交番する極性によって発生可能であるか、または発生させられ、かつ磁極（２４）を介して前記コイル（４１）内に導入可能であるか、または導入されており、通電された前記コイル（４１）はそれぞれ、加算可能な力の寄与を生ぜしめ、これによって前記駆動装置（１０）の軸方向において発生する力を形成し、前記駆動装置（１０）に、前記可動部分（２０）に単に１つの並進自由度に沿った運動を可能にする少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）が設けられており、当該容積形ポンプに、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニット（４５）が対応配置されており、該測定・制御ユニット（４５）は、前記可動部分（２０）の位置信号および駆動電流の強さを測定量および／または制御量として処理する、容積形ポンプにおいて、
当該容積形ポンプ（１）は、ダイヤフラムポンプとして形成されていて、かつ当該容積形ポンプ（１）の前記押退けエレメント（４０）は、ダイヤフラムとして形成されており、かつ前記駆動装置（１０）は、コイル側に磁極片を有しない電気力学式の駆動装置として形成されている
ことを特徴とする、容積形ポンプ。
【請求項２】
当該ポンプ（１）は、ダイヤフラム液体ポンプとして構成されている、
請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）は、滑りガイドとして、またはばねエレメント（５５）として形成されている、
請求項１または２記載のポンプ。
【請求項４】
直動機構（１１）がロッド（２１，２２）として形成されており、かつ／または囲繞体（１２）が、内部（２５）に前記ロッド（２１，２２）が進入している周壁形の部分（２３）として形成されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項５】
前記直動機構（１１）には、極性が交番するように配列された前記永久磁石（４２）が設けられていて、かつ前記周壁形の部分（２３）には、複数の前記コイル（４１）が設けられている、
請求項１から４までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項６】
前記直動機構（１１）は前記可動部分（２０）を形成し、かつ前記囲繞体（１２）は前記不動部分（３０）を形成しているか、または逆の形態である、
請求項１から５までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項７】
前記不動部分（３０）は、前記駆動装置（１０）のハウジング（３１）に不動に結合されているか、または前記ハウジング（３１）と一体に形成されている、
請求項１から６までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項８】
前記可動部分（２０）と前記不動部分（３０）とは、前記少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）によって互いに結合可能であるか、または結合されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項９】
複数の前記ガイド部材（５０ａ，５０ｂ）が、特に２つの前記ガイド部材（５０ａ，５０ｂ）が設けられており、該ガイド部材（５０ａ，５０ｂ）は、前記可動部分（２０）と前記不動部分（３０）との互いに向かい合った領域を互いに結合している、
請求項１から８までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１０】
前記ガイド部材（５０ａ，５０ｂ）のうちの１つが、前記押退けエレメント（４０）内に組み込まれているか、または前記押退けエレメント（４０）を形成している、
請求項１から９までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのガイド部材（５０ａ，５０ｂ）に予荷重が与えられており、該予荷重によって前記押退けエレメント（４０）には、前記駆動装置（１０）の無電流時に力が加えられ、当該ポンプ（１）の作業室（４）の入口開口および／または出口開口が閉鎖されるようになっている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１２】
前記駆動装置（１０）において前記可動部分（２０）にばね（２６）によって力が加えられており、これによって前記押退けエレメント（４０）は、前記駆動装置の無電流時に、当該ポンプ（１）の作業室（４）の入口開口および／または出口開口を閉鎖する、
請求項１から１１までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１３】
複数の前記コイル（４１）および複数の前記永久磁石（４２）は、それぞれ直列に配置されている、
請求項１から１２までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１４】
当該ポンプ（１）は、ほぼ円筒形または直方体形のポンプヘッド（５）を有しており、該ポンプヘッド（５）の１つの角隅領域は、搬送すべき流体のための入口（６）および出口（８）を備えており、かつ前記ポンプヘッド（５）は、前記角隅領域に接続してほぼ面一で、前記駆動装置（１０）を収容する前記ハウジング（３１）へと続いている、
請求項１から１３までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１５】
当該ポンプ（１）は、前記駆動装置（１０）の領域に位置センサ（４６）を備えている、
請求項１から１４までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１６】
前記位置センサ（４６）は、ホールセンサによって形成されている、
請求項１５記載のポンプ。
【請求項１７】
前記測定・制御ユニット（４５）は、当該ポンプ（１）の前記駆動装置（１０）が、搬送すべき媒体の吸込みおよび吐出に関して等しい作業ステップまたは異なる作業ステップを行うようにプログラミング可能に設定されている、
請求項１から１６までのいずれか１項記載のポンプ。
【請求項１８】
特に請求項１から１７までのいずれか１項記載の複数のポンプ（１）が、前記ポンプ（１）の数に相当する数の作業室（４）を備えた１つのポンプシステムにまとめられているアセンブリであって、前記作業室（４）の入口および出口は、それぞれ互いに並列に接続されている、
アセンブリ。
【請求項１９】
請求項１から１７までのいずれか１項記載の少なくとも１つの容積形ポンプ（１）を用いて、特に請求項１８記載のアセンブリにおいて、ポンプシステムを運転するための方法であって、前記少なくとも１つの容積形ポンプ（１）に、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニット（４５）が対応配置されている、方法において、
前記システムの、前記少なくとも１つのポンプ（１）に対応配置された作業室（４）における圧力を測定するために、前記少なくとも１つポンプ（１）の駆動装置（１０）の電流および位置の時間的な変化を測定量として検出し、かつ評価し、かつ押退けエレメント（４０）の計算可能な伝達特性を用いて、前記作業室（４）における圧力を求め、かつ記憶する
ことを特徴とする、方法。
【請求項２０】
前記押退けエレメント（４０）として働くダイヤフラムの前記伝達特性は、式ｐ＝ｃ１Ｆ＋ｃ２ｘによって記載され、式中において、ｐは、作業室における圧力であり、Ｆは、連接棒の力であり、ｘは、前記駆動装置の位置であり、かつ定数ｃ１，ｃ２は、前記ダイヤフラムの幾何学形状および材料特性に関連している、
請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記押退けエレメント（４０）の前記伝達特性は、式ｐ＝ｆ（Ｆ，ｘ）によって、ひいては前記作業室（４）における圧力は、連接棒の力と前記駆動装置（１０）の位置とから成る関数として、数値的に、かつ特に「有限差分法」または「有限要素法」を用いて算出される、
請求項１９または２０記載の方法。
【請求項２２】
前記測定・制御ユニット（４５）を備えた前記ポンプシステムは、閉ループ制御回路を形成しており、該閉ループ制御回路は、測定量としての駆動電流の強さおよび可動部分の位置と、制御量としての前記作業室（４）の前記圧力とを用いて作動させられる、
請求項１９から２１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
前記圧力を、前記ポンプ（１）の両伝達方向において、つまり搬送すべき媒体の吸込み時および吐出時に個々に測定する、
請求項１９から２２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】
１つの前記ポンプシステムに対応配置された複数の前記ポンプ（１）の圧力を測定し、前記ポンプ（１）のそれぞれが、別個に閉ループ制御可能である、
請求項１９から２３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２５】
前記測定・制御ユニット（４５）は、記憶された伝達プロファイルから偏差する、圧力の変化を、前記駆動装置（１０）の操作によって補償する、
請求項１９から２４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
前記ダイヤフラムの前記伝達特性を、複数の位置および荷重事例に関して「有限要素」シミュレーションを用いて、目標値テーブルとして格納し、かつ格納された目標値もしくはその目標値の間を補間した値から、圧力を計算するための伝達特性を求める、
請求項１９から２５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
前記測定・制御ユニット（４５）によって、前記作業室（４）からの前記搬送すべき媒体の入口（６）および出口（８）における異なる速度に対する、前記圧力の時間的な経過を求め、かつ評価ユニットを用いて、前記時間的な経過から、前記媒体および／または少なくとも１つの搬送装置のパラメータを求める、
請求項１９から２６までのいずれか１項記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、往復動する容積形ポンプであって、不動部分に対して相対的に可動に配置された少なくとも１つの可動部分を備えており、かつ可動部分は、駆動装置を用いて駆動されていて、かつそれ自体が容積形ポンプの押退けエレメントを駆動し、このとき駆動装置は、通電される複数のコイルおよび永久磁石を有しており、かつそれぞれ複数のコイルまたは複数の永久磁石は、駆動装置の可動部分に配置されており、このとき交番する巻線方向を備えた通電される複数のコイルは、交番する方向を有する磁界によって貫流されており、該磁界は、複数の永久磁石により、交番する極性によって発生可能であるか、または発生させられ、かつ磁極を介して前記コイル内に導入可能であるか、または導入されており、このとき通電された前記コイルはそれぞれ、加算可能な力の寄与を生ぜしめ、これによって駆動装置の軸方向において発生する力を形成し、このとき駆動装置に、可動部分に単に１つの並進自由度に沿った運動を可能にする少なくとも１つのガイド部材が設けられており、かつこのとき容積形ポンプに、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニットが対応配置されており、該測定・制御ユニットは、可動部分の位置信号および駆動電流の強さを測定量および／または制御量として処理する、容積形ポンプに関する。さらに本発明は、このような複数の容積形ポンプのアセンブリ、および少なくとも１つのこのような容積形ポンプを運転するための方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
独国特許出願公開第６００２４１５４号明細書（DE 60024154 T2）に基づいて、往復動する容積形ポンプが既に公知であり、この容積形ポンプは、極性化された磁気抵抗式の駆動装置を備えており、この駆動装置の可動子は、複数の永久磁石と、これらの永久磁石の間に配置された軟磁極片とから形成されている。この可動子は、固定子によって取り囲まれ、固定子は、コイル形の複数のワイヤ巻線とその間に配置された軟磁極片とから構成されている。この固定子において、直線的に移動する磁界が発生させられ、この磁界によって可動子は、互いに逆向きの直線方向において往復動させられる。一方の可動子端部には、ポンプ室内に進入しているピストンが押退けエレメントとして設けられている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
独国特許発明第１０２００８０３０６３３号明細書（DE 102008030633 B4）および特開昭５８−１２７５５３号公報（JP S 58127553 A）に基づいて、類似の駆動装置の使用が、しかしながらフリーピストン発動機との関連において公知である。押退けエレメントの圧力認識および／または位置認識は、最後に挙げたこれら３つの刊行物に基づいて公知の従来技術においては行われていない
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
独国特許出願公開第１６１３１６７号明細書（DE 1613167 A）に基づいて既に公知のダイヤフラムコンプレッサは、少なくとも１つの駆動コイルを備えた磁気抵抗式の駆動装置を有している。この少なくとも１つの駆動コイルは、磁気装置に対応配置されており、この磁気装置は、公知のダイヤフラムコンプレッサの作業ダイヤフラムに結合されている可動の可動子を有している。可動子およびこの可動子に結合された作業ダイヤフラムには、設定された位置においてばね弾性に予荷重が掛けられていて、コイルの励起は、第２の位置への可動子の移動を生ぜしめる。駆動コイルは、公知のダイヤフラムコンプレッサにおける可動子の往復動を可能にするために、パルスを用いて励起されることができる。駆動コイルは、サーボ弁と、磁気構造に巻成されている信号コイルとの調節に対する応答時に励起され、これによってダイヤフラムコンプレッサの、全行程をもって行われる断続的な作業を、荷重条件下において惹起しかつ維持することができる。サーボ弁は、入力信号装置を含んでおり、この入力信号装置は、サーボ弁に設けられた漏れ開口カバーの間隔を、出口ノズルに関連して制御することができる。可変の抵抗が、漏れ開口カバーの位置によって調節されていて、電磁式の圧縮機のための励起制御電流回路に接続されている。可変の抵抗は、カバーとノズルの接続端部とが抵抗接点を形成することを可能にし、このとき抵抗は、ノズルからのカバーの距離およびノズルにおけるカバーの圧力作用によって測定される。電磁式の駆動装置の磁気構造に巻成されている信号コイルは、この信号コイルが駆動制御電流回路における遮断トランジスタもしくは遮断エレメントにバイアスを加えるように接続されており、このとき駆動コイルの励起の遮断が可動子の運動に合致して行われるようになっている。これによって遮断ポイントを、行程中における可動子位置に関連して、直接、ダイヤフラムコンプレッサに対する荷重と共に、つまりダイヤフラムコンプレッサがそれに抗して作動しかつそれ自体がサーボ弁によって惹起される出発圧力と共に、変化させることができる。小さな荷重の場合、可動子は比較的迅速に加速することができ、かつこれにより信号の比較的迅速な立ち上がりと比較的強い信号とを、出発荷重の上昇時に惹起される信号として得ることができる。結果として、低い圧力もしくは小さな荷重の場合における可動子運動中には、比較的大きな荷重および所属の高い圧力の場合におけるよりも早期に、信号コイルにおいて生ぜしめられかつ制御電流回路に印加される遮断電圧が出現する。したがって独国特許出願公開第１６１３１６７号明細書に基づいて既に公知のダイヤフラムコンプレッサにおいて使用されているセンサは、可動子が激突する前に電流を遮断するために、ひいては公知のダイヤフラムコンプレッサの作動中に発生する作業ノイズを緩和するためにだけ働く。
米国特許第５６４１２７０号明細書（US 5641270）に基づいて公知の負荷可能な高精度ポンプは、磁歪式の駆動装置を有している。この磁歪式の駆動装置においては、磁界によって貫流される場合に変形する材料が使用される。米国特許第５６４１２７０号明細書において使用されている磁歪式の駆動装置もまた、コンセプトおよび機能形式において、本発明において使用される電気力学式の駆動装置とは大きく異なっている。
米国特許出願公開第２０１４／００２３５３２号明細書（US 2014/0023532 A1）に基づいて、極性化された磁気抵抗式の駆動装置を用いて移動させられるダイヤフラムを備えたダイヤフラムポンプが、既に公知である。本発明において使用される電気力学式の駆動装置では永久磁石の磁界が、コイルを直接貫流するのに対して、米国特許出願公開第２０１４／００２３５３２号明細書において使用される極性化された磁気抵抗式の駆動装置では、コイルは永久磁石の磁界によって貫流されるのではなく、磁界は、コイルを取り囲む軟磁性の材料を貫流する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
ゆえに本発明の根底を成す課題は、冒頭に述べた形式の往復動するポンプを改良して、行程速度、行程位置または行程加速を簡単な形式で制御することができるポンプを提供することである。このとき本発明に係る容積形ポンプは、極めて直接的な応答特性と、エネルギ効果が高い作業形式とによって傑出していることが望ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この課題の本発明に係る解決策は、特に、容積形ポンプが、ダイヤフラムポンプとして形成されていて、かつ容積形ポンプの押退けエレメントが、ダイヤフラムとして形成されており、かつ駆動装置が、コイル側に磁極片を有しない電気力学式の駆動装置として形成されていることにある。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、本発明に係る容積形ポンプが、ダイヤフラムポンプとして形成されていて、かつ容積形ポンプの押退けエレメントが、ダイヤフラムとして形成されていることを提案する。押退けエレメントを容積形ポンプの可動部分を用いて駆動できるようにするために、本発明によれば、コイル側に磁極片を有しない動的な駆動装置が設けられており、この駆動装置では、ローレンツ力が、直接、永久磁石の磁界と通電されたコイルの磁界との間において作用する。このローレンツ力は、従来技術に基づく磁気抵抗式の磁気駆動装置における磁力よりもはるかに直接的に作用する。なぜならば、磁気抵抗式の駆動装置では強磁性の回路が遅延して作用するからである。したがって電気力学式の駆動装置を備えたポンプは、比較的迅速に、比較的動的に、かつまた比較的正確に作動できる。電気力学式の駆動装置では、電圧の極性変換による逆向きの電流方向を用いて、力の方向を逆転させることができ、つまり駆動装置は、両方向においてアクティブに作動することができ、かつ必要な場合に制動することができる。このようなことは、磁気抵抗式の駆動装置によっては不可能である。そこでダイヤフラムポンプとして形成された本発明に係る容積形ポンプにおける行程位置、行程速度または行程加速を制御できるようにするために、本発明によれば、本発明に係るダイヤフラムポンプに、データ記憶装置およびデータ処理装置を備えた測定・制御ユニットが対応配置されており、該測定・制御ユニットは、可動部分の位置信号および駆動電流の強さを測定量および／または制御量として処理することが提案されている。上に記載された電気力学式の駆動装置および位置制御装置によって、コイルは、特定された行程位置を得るためまたは保つためにちょうど必要な多くのもしくは僅かな電流によって運転される。これによって、かつ駆動電流と駆動力との一次の関係によって、本発明に係るダイヤフラムポンプの駆動全体は、汎用の磁気抵抗式の駆動装置におけるよりも簡単かつ動的に制御可能であり、かつさらに効果的である。
本発明に係る容積形ポンプの駆動装置には、複数のコイルおよび永久磁石が設けられており、かつそれぞれ複数のコイルおよび永久磁石は、駆動装置の可動部分に配置されている。このとき交番する巻線方向を備えた通電される複数のコイルは、交番する方向を有する磁界によって貫流されており、該磁界は、複数の永久磁石により、交番する極性によって発生可能であるか、または発生させられ、かつ磁極を介してコイル内に導入可能であるか、または導入されており、このとき通電されたコイルはそれぞれ、加算可能な力の寄与を生ぜしめ、これによって駆動装置の軸方向において発生する力を形成する。
【国際調査報告】
2019527314.tif 000006
2019527314.tif 000007
2019527314.tif 000008
2019527314.tif 000009